Applications of chitosan as a polymer carrier for increasing the drugs’ bioavailability

封面

如何引用文章

全文:

详细

Oral drug delivery is a dynamic research area, yet associated with multiple issues in its using: enzymatic degradation, hydrolysis, low permeability of intestinal epithelium. The review presents a research papers’ analysis on the development of targeted drug delivery using a biodegradable polymer chitosan. Chitosan application, singly or in composites, is suitable for various drug delivery systems. Upon oral delivery, chitosan serves as a mucoadhesive polymer with controlled and targeted release. During the last five years, various approaches to the delivery of insulin and other drugs had been reported in literature. The main technological strategy for insulin delivery was its protection against intestinal pH, as well as increasing of permeability via transcellular and/or paracellular pathways. It is observed that application of the biopolymer and its derivatives has a controlled absorption profile. In publications on the drugs delivery, most of the research is focused on development and modification of methods for their producing. According to the presented experimental data, there were obtained particles with well-defined spherical shapes and microparticles’ capacity of 85–97%. A number of research articles provide data on the chitosan application as a mucoadhesive coating for various nano- or microparticles. It was also noted that application of chitosan microparticles contributed to diminishing adverse side effects.

作者简介

Tatiana Ustinova

State Scientific Research and Test Institute of Military Medicine, Ministry for Defense of the Russian Federation

编辑信件的主要联系方式.
Email: gniiivm_15@mil.ru
ORCID iD: 0000-0001-9579-9190
SPIN 代码: 7247-4663
Scopus 作者 ID: 57196118429

Ph.D. in biology senior researcher of the Research Department

俄罗斯联邦, Saint Petersburg

Nikolai Vengerovich

State Scientific Research and Test Institute of Military Medicine, Ministry for Defense of the Russian Federation; Saint Petersburg State Chemical Pharmaceutical University of the Ministry of Health of the Russian Federation

Email: nikolai.vengerovich@pharminnotech.com
ORCID iD: 0000-0003-3219-341X
SPIN 代码: 6690-9649
Scopus 作者 ID: 55639823300
Researcher ID: U-3467-2019
http://eco.pharminnotech.com/sotrudniki-kafedry/vengerovic-nikolaj-georgievic

Doctor of Medical Science, Deputy Head of Department; Professor of the Industrial Ecology Department

俄罗斯联邦, Saint Petersburg; Saint Petersburg

Dmitriy Glinko

State Scientific Research and Test Institute of Military Medicine, Ministry for Defense of the Russian Federation

Email: gniiivm_15@mil.ru
ORCID iD: 0000-0003-4296-1179

Researcher, State Scientific Research Testing Institute

俄罗斯联邦, Saint Petersburg

参考

  1. Ramenskaja G. V., Shohin I. E., Kulunich Ju. I. The biopharmaceutical classification of medicinal substances. Review. Sechenovskij vestnik = Sechenov Medical Journal. 2011;1(3),2(4):57-59. (In Russ.).
  2. U.S. Food & Drug Adminфistration. 2022. URL: https://www.fda.gov
  3. Gupta S., Kesarla R., Omrl A. Formulation strategies to improve the bioavailability of poorly absorbed drugs with special emphasis on self-emulsifying systems. ISRN Pharm. 2013 Dec 26;2013:848043. https://doi.org/10.1155/2013/848043
  4. Ghadi R., Dand N. BCS class IV drugs: Highly notorious candidates for formulation development. Journal of Controlled Release. 248. https://doi.org/10.1016/j.jconrel.2017.01.014
  5. Shekhawat P. B., Pokharkar V. B. Understanding peroral absorption: regulatory aspects and contemporary approaches to tackling solubility hurdles. Acta Pharmaceutica Sinica B. 2017;7(3):260-280. https://doi.org/10.10/j.apsb.2016.09.005
  6. Bianchera A., Bettini R. Polysaccharide nanoparticles for oral controlled drug delivery: the role of drug-polymer and interpolymer interactions. Expert Opin Drug Deliv. 2020 Oct;17(10):1345-1359. https://doi.org/10.1080/17425247.2020.1789585
  7. Iacob A. T., Lupascu F. G., Apotrosoaei M. Recent Biomedical Approaches for Chitosan Based Materials as Drug Delivery Nanocarriers. Pharmaceutics. 2021 Apr 20;13(4):587. https://doi.org/10.3390/pharmaceutics13040587
  8. Lang X., Wang T., Sun M., et al. Advanced and applications of chitosan-based nanomatetias as oral delivery carries: A review. Int J Biol Macromol. 2020 Jul 1;154:433-445. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2020.03.148
  9. Russo E., Selmin F., Baldassari S. A focus on mucoadhesive polymers and their application in bucal dosage forms. Journal of drug delivery Science and Technology. 2016;32,Part B:113-125. 10.1016/j.jddst.2015.06.016' target='_blank'>https://doi.org/doi: 10.1016/j.jddst.2015.06.016
  10. Vimal Y. K., Gupta A. B., Kumar R., et al. Mucoadhesive polymers: Meance of improving the mucoadhesive properties of drug delivery systems. J Chem Pharm Res. 2010;2: 418-432.
  11. Liu L., Yao W., Rao Y., et al.pH-responsive carriers for oral drug delivery: challenges and opportunities of current platforms. Drug deliv. 2017 Nov;24(1):569-581. https://doi.org/10.1080/107175544.2017.1279238
  12. Lucio D., Oharriz M. Chitosan: strategies to increase and modulate drug release rate. In: Shalaby E. A., ed. Biological Activities and Application of Marine Polysaccharides. Croatia: InTechOpen, 2017. 326 p. https://doi.org/10.5772/65714
  13. Mukhopadhyay P. Chakraborty S., Bhattacharya S., et al. PH-Sensitive Chitosan/AlginateCore-Shell Nanoparticles for E_cient and Safe Oral Insulin Delivery. Int. J. Biol. Macromol. 2015;72:640-648. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2014.08.040
  14. Pereira De Sousa I., Moser T., Steiner C., et al. Insulin Loaded Mucus Permeating Nanoparticles: Addressing the Surface Characteristics as Feature to ImproveMucus Permeation. Int. J. Pharm. 2016;500:236-244. https://doi.org/10.1016/j.ijpham.2016.01.022
  15. He Z., Santos J. L., Tian H., et al. Scalable Fabrication of Size-Controlled Chitosan Nanoparticles for Oral Delivery of Insulin. Biomaterials. 2017;130:28-41. https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2017.03.028
  16. Al-Remawi M., Elsayed A., Maghrabi I, et al. Chitosan/Lecithin Liposomal Nanovesicles as an Oral Insulin Delivery System. Pharm. Dev. Technol. 2017;22:390-398. https://doi.org/10.1018/10837450.2016.1213745
  17. Sahoo P., Leong K. H., Nyamathulla S., et al. Optimization of PH-Responsive Carboxymethylated Iota-Carrageenan/Chitosan Nanoparticles for Oral Insulin Delivery Using Response Surface Methodology. React. Funct. Polym. 2017;119:145-155. https://doi.org/10/1016/j.rectfunctpolym.2017.08.014
  18. Chen T., Li S., Zhu W., et al. Self-Assembly PH-Sensitive Chitosan/Alginate Coated Polyelectrolyte Complexes for Oral Delivery of Insulin. J. Microencapsul. 2019;36:96-107. https://doi.org/10.1080.02652048.2019.1604846
  19. Wong C. Y., Al-Salami H., Dass C. R. Formulation and Characterisation of Insulin-Loaded Chitosan Nanoparticles Capable of Inducing Glucose Uptake in Skeletal Muscle Cells in Vitro. J. Drug Deliv. Sci. Technol. 2020;57:101738. https://doi.org/10.1016/j.jddst.2020.101738
  20. Meneguin A. B., Silvestre A. L. P, Sposito L., et al. The role of polysaccharides from natural resources to design oral insulin micro- and nanoparticles intended for the treatment of Diabetes mellitus: A review. Carbohydr Polym. 2021 Mar 15;256:117504. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2020.117504
  21. Maciel V. B. V, Yoshida C. M. P, Pereira S.M.S.S, et al. Electrostatic Self-Assembled Chitosan-Pectin Nano- and Microparticles for Insulin Delivery. Molecules. 2017 Oct 12;22(10):1707. https://doi.org/10.3390/molecules22101707
  22. Yang Y., Liu Y., Chen S., et al. Carboxymethyl β-cyclodextrin grafted carboxymethyl chitosan hydrogel-based microparticles for oral insulin delivery. Carbohydr Polym. 2020 Oct 15;246:116617. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2020.116617
  23. Grigoras A. G. Polymer-lipid hybrid systems used as carriers for insulin delivery. Nanomedicine. 2017 Nov;13(8):2425-2437. https://doi.org/10.1016/j.nanj.2017.08.005
  24. Aafar M. H. M, Hamid K. A. Chitosan-Coated Alginate Nanoparticles Enhanced Absorption Profile of Insulin Via Oral Administration. Curr Drug Deliv. 2019;16(7):672-686. https://doi.org/10.2174/1567201816666190620110748
  25. Mumuni M. A., Kenechukwu F. C., Ernest O. C., et al. Surface-modified mucoadhesive microparticles as a controlled release system for oral delivery of insulin. Heliyon. 2019 Sep 12;5(9):e02366. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2019.e02366
  26. Lopedota A., Cutrignelli A., Laquintana V., et al. Spray Dried Chitosan Microparticles for Intravesical Delivery of Celecoxib: Preparation and Characterization. Pharm Res. 2016 Sep;33(9):2195-208. https://doi.org/10.1007/S11095-016-1956-7
  27. Szekalska M., Sosnowska K., Zakrzeska A., et al. The Influence of Chitosan Cross-linking on the Properties of Alginate Microparticles with Metformin Hydrochloride-In Vitro and In Vivo Evaluation. Molecules. 2017 Jan 22;22(1):182. https://doi.org/10.3390/molecules22010182
  28. Wang F., Yang S., Hua D., et al. A novel preparation method of paclitaxcel-loaded folate-modified chitosan microparticles and in vitro evaluation. J Biomater Sci Polym Ed. 2016;27(3):276-89. https://doi.org/10.1080/09205063.2015.1121366
  29. Iurciuc-Tincu C. E., Atanase L. I., Ochiuz L., et al. Curcumin-loaded polysaccharides-based complex particles obtained by polyelectrolyte complexation and ionic gelation. I-Particles obtaining and characterization. Int J Biol Macromol. 2020 Mar 15;147:629-642. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2019.12.247
  30. Correa R. F., Colucci, G., Halla, N., et al. Development of Chitosan Microspheres through a Green Dual Crosslinking Strategy Based on Tripolyphosphate and Vanillin. Molecules. 2021;26:2325. https://doi.org/10.3390/molecules26082325
  31. Galdioli Pella M. C., Simao A. R., Lima-Tenorio M. K., et al. Chitosan hybrid microgels for oral drug delivery. Carbohydr Polym. 2020 Jul 1;239:116236 https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2020.116236
  32. Ganesh M., Ubaidulla U., Rathanam G., et al. Chitosan-telmisartan polymeric cocrystal for improving oral absorption: in vitro and in vivo evalution. In J Biol Macromol. 2019 Jun 15;131:879-885. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2019.03.141
  33. Liu M., Zhong X., Yang Z. Chitosan functionalized nanocochleates for enhanced oral absorption of cyclosporine A. Sci Rep. 2017 Jan 23;7:41322. https://doi.org/10.1038/srep41322
  34. Rashedi J., Ghorbanihaghjo A., Asgharzadeh M., et al. Chitosan and quercetin: potential hand in hand encountering tumors in oral delivery system. Curr Pharm Des. 2019:25(28):3074-3086. https://doi.org/10.2147/1381612825666190829144508
  35. Pyo Y. C., Tran P., Kim D. H., et al. Chitosan-coated nanostructured lipid carriers of fenofibrate with enhanced oral bioavailability and efficacy. Colloids Surf B Biointerfaces. 2020 Dec;196:111331. https://doi.org/10.1016/j.colsurfb.2020.111331
  36. Dankyi B. O., Amponsah S. K., Allotey-Babington G. L., et al. Chitosan-Coated Hydroxypropylmethyl Cellulose Microparticles of Levodopa (and Carbidopa): In Vitro and Rat Model Kinetic Characteristics. Curr Ther Res Clin Exp. 2020 Nov 3;93:100612. https://doi.org/10.1016/j.curtheres.2020.100612
  37. Zhu B., Hou T., He H.Calcium-binding casein phosphopeptides-loaded chitosan oligosaccharides core-shell microparticles for controlled calcium delivery: Fabrication, characterization, and in vivo release studies. Int J Biol Macromol. 2020 Jul 1;154:1347-1355. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2019.11.014
  38. Aranaz I., Paños I., Peniche C., et al. Chitosan Spray-Dried Microparticles for Controlled Delivery of Venlafaxine Hydrochloride. Molecules. 2017 Nov 15;22(11):1980. https://doi.org/10.3390/molecules.22111980

补充文件

附件文件
动作
1. JATS XML
下载
2. Fig. 1. Chitosan molecular structure

下载 (183KB)
索引源数据
3. Fig. 2. The mechanism of action of the mucoadhgesive property of chitosan

下载 (1MB)
索引源数据

版权所有 © Ustinova T.M., Vengerovich N., Glinko D.K., 2021

Creative Commons License
此作品已接受知识共享署名-非商业性使用-禁止演绎 4.0国际许可协议的许可。
 


Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».